Desarrollos de parametrizaciones urbanas y optimización del acoplamiento ciudad-atmósfera

Las ciudades interaccionan con la atmósfera, produciéndose un aumento de la temperatura con respecto al medio rural circundante (Isla de calor) y una disminución de la velocidad del viento. Estos fenómenos pueden llegar a ocasionar problemas para la salud de la población, que cada vez mas, esta en aumento, en detrimento de la población que habita las zonas rurales. Con la idea de mejorar las condiciones de vida en las ciudades, la comprensión y caracterización del clima urbano, mediante la modelización atmósferica, se ha convertido en una herramienta necesaria. Con este propósito se han desarrollado las denominadas parametrizaciones urbanas, que representan, de forma promediada, el comportamiento de las variables meteorologicas dentro de la ciudad. Los objetivos de esta tesis son la mejora de la parametrización urbana BEP (Building Effect Parameterization, Martilli et al. 2002) implementada en el modelo de mesoescala WRF (Weather Research and Forecast model, Skamarock et al. 2008), y la optimizacion del acoplamiento de dichas parametrizaciones y el modelo atmosférico, con la finalidad de aumentar su resolución sin generar un coste computacional. En la primera parte de la tesis, se utilizan modelos numéricos de microescala para extraer la física para la parametrización urbana. Por un lado, se propone una parametrización para el coeficiente de arrastre, definido para calcular la fuerza de arrastre de los edificios sobre el viento, en función de las distancias entre edificios, en las direcciones paralela y perpendicular al viento, para configuraciones alineadas de edificios. Además, se extiende la fórmula presentada en Santiago y Martilli (2010) para las longitudes de escala involucradas en el transporte turbulento y en la disipación de la turbulencia, para dichas configuraciones de edificios. Ambas fórmulas son extraídas para condiciones de estratificación térmica neutra. Por otro lado, se proponen formulas para el cálculo de los parametros anteriores en el caso de una estratificación térmica inestable. Además, se estudia el flujo dispersivo, parametrizandolo, junto al flujo turbulento, mediante una extensión de la teoría K de Monin – Obukhov. En la segunda parte se presenta una nueva técnica para el acoplamiento del modelo de mesoescala y la parametrización urbana que permite un aumento de la resolución dentro de la subcapa rugosa, permitiendo una disminución de la resolucion vertical del modelo atmosférico y, por lo tanto, una disminución del tiempo de computación